JP2005136152A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置の製造技術に関し、特に、銅(Cu)を主成分とする導体膜で構成された配線を有する半導体装置の製造に適用して有効な技術に関する。 The present invention relates to a manufacturing technique of a semiconductor device, and more particularly to a technique effective when applied to the manufacture of a semiconductor device having a wiring composed of a conductor film containing copper (Cu) as a main component.
高速、高性能のLSIを実現するための技術として、層間絶縁膜の低誘電率化とダマシン(Damascene)法を用いたCu配線の採用が必須になりつつある。特に、層間絶縁膜の低誘電率化は、配線間容量を下げることが出来るのみならず、LSIの消費電力を下げることも出来るため、非常に重要な技術である。 As a technique for realizing a high-speed and high-performance LSI, it is becoming essential to reduce the dielectric constant of an interlayer insulating film and to use Cu wiring using a damascene method. In particular, lowering the dielectric constant of an interlayer insulating film is a very important technique because not only can the capacitance between wirings be reduced, but also the power consumption of an LSI can be reduced.
Low−K膜などとも呼ばれる低誘電率絶縁膜は、現在、多くのものが市販されているが、最近では膜中に多数の微細な空孔を形成して誘電率をさらに低くしたポーラス(porous)Low−K膜も開発されている。また、配線上に絶縁膜を堆積する際、あらかじめ配線の断面形状を逆テーパ状に形成し、隣接配線間に絶縁膜が堆積されない空隙(誘電定数=約1.0)を形成することによって、絶縁膜の誘電率を隣接配線間領域で実効的に低くする技術も開発されている(特許文献1)。 Many low dielectric constant insulating films, also called Low-K films, are currently on the market, but recently, porous (porous) in which a large number of fine pores are formed in the film to further lower the dielectric constant. ) Low-K films have also been developed. In addition, when depositing the insulating film on the wiring, the cross-sectional shape of the wiring is formed in a reverse taper shape in advance, and by forming a void (dielectric constant = about 1.0) between the adjacent wirings where the insulating film is not deposited, A technique for effectively reducing the dielectric constant of an insulating film in a region between adjacent wirings has also been developed (Patent Document 1).
米国特許第6159845号公報(特許文献2)は、基板上の低誘電率絶縁膜に形成した配線溝の内部にダマシン法でCu配線を形成した後、隣接Cu配線間の低誘電率絶縁膜を除去してCu配線を露出させ、続いて露出したCu配線の上面と側面を窒化シリコンや炭化シリコンなどのバリア絶縁膜で保護した後、バリア絶縁膜の上部にステップカバレージ(段差被覆性)の低い低誘電率絶縁膜を堆積することによって、隣接Cu配線間に絶縁膜が堆積されない空隙(エアギャップ)を形成する技術を開示している。 In US Pat. No. 6,159,845 (Patent Document 2), Cu wiring is formed in a wiring groove formed in a low dielectric constant insulating film on a substrate by a damascene method, and then a low dielectric constant insulating film between adjacent Cu wirings is formed. After removing the Cu wiring and exposing the upper and side surfaces of the exposed Cu wiring with a barrier insulating film such as silicon nitride or silicon carbide, the step coverage (step coverage) is low on the barrier insulating film. A technique for forming a void (air gap) in which an insulating film is not deposited between adjacent Cu wirings by depositing a low dielectric constant insulating film is disclosed.
米国特許第6214719号公報(特許文献3)および同第6406992号公報(特許文献4)は、基板上に第1の絶縁膜により配線パターンを形成した後、第1絶縁膜間に第2絶縁膜によりエアギャップを形成し、その後第1絶縁膜を除去して除去した空間に配線を埋め込むエアギャップ配線に関する技術を開示している。 In US Pat. Nos. 6,214,719 (Patent Document 3) and 6,406,992 (Patent Document 4), a wiring pattern is formed with a first insulating film on a substrate, and then a second insulating film is formed between the first insulating films. Discloses a technique related to an air gap wiring in which an air gap is formed and then the first insulating film is removed to embed the wiring in the removed space.
米国特許第6403461号公報(特許文献5)は、基板上の絶縁膜に配線パターンを形成した後、絶縁膜に配線導体を埋め込んで、その後絶縁膜を除去して、配線パターンを独立させたのち、再度絶縁膜を堆積する時に隣接する配線間にエアギャップができるようにして絶縁膜を埋め込むエアギャップ配線に関する技術を開示している。 In US Pat. No. 6,403,461 (Patent Document 5), after a wiring pattern is formed on an insulating film on a substrate, a wiring conductor is embedded in the insulating film, and then the insulating film is removed to make the wiring pattern independent. A technique relating to an air gap wiring in which an insulating film is embedded so that an air gap is formed between adjacent wirings when an insulating film is deposited again is disclosed.
絶縁膜に埋め込まれた配線の上面に選択的にタングステン等をメッキまたはCVD等を付着させて配線のメタルキャップを形成する技術が公開されている(特許文献6、7)。
上記したように、低誘電率絶縁膜(Low−K膜)は、配線間容量の低減やLSIの低消費電力化を推進するために不可欠の絶縁膜であり、年々、さらなる低誘電率化が進められている。しかし、これまでに市販されている各種低誘電率絶縁膜は、従来から用いられている絶縁膜材料、例えばCVD法で堆積した酸化シリコン膜などに比べて絶縁耐圧が低いことから、Cu配線間のTDDB(Time Dependence on Dielectric Breakdown)寿命が劣化するという問題がある。しかも、この問題は、誘電率が低い絶縁膜ほど顕著に表れる。また、膜中に多数の微細な空孔を有するポーラスLow−K膜においては、絶縁膜に配線溝などを形成するエッチング工程で各種ガスなどが空孔内に残留し、これが原因で膜のリークレベルが高くなるという特有の問題も指摘されている。 As described above, the low dielectric constant insulating film (Low-K film) is an insulative film indispensable for reducing the capacitance between wirings and lowering the power consumption of LSIs. It is being advanced. However, various low dielectric constant insulating films that have been marketed so far have a lower withstand voltage than conventional insulating film materials such as silicon oxide films deposited by the CVD method. There is a problem that the lifetime of TDDB (Time Dependence on Dielectric Breakdown) deteriorates. Moreover, this problem becomes more prominent as the insulating film has a lower dielectric constant. In addition, in a porous Low-K film having a large number of fine vacancies in the film, various gases remain in the vacancies during the etching process for forming a wiring groove in the insulating film, which causes film leakage. There is also a specific problem of higher levels.
なお、TDDB寿命とは、絶縁破壊の時間的依存性を客観的に計る尺度であって、所定の温度(例えば140℃)の測定条件下で電極間に比較的高い電圧を加え、電圧印加から絶縁破壊までの時間を印加電界に対してプロットしたグラフを作成し、このグラフから実際の使用電界強度(例えば0.2MV/cm)に外挿して求めた時間(寿命)をいう。 The TDDB life is a measure for objectively measuring the time dependence of dielectric breakdown, and a relatively high voltage is applied between electrodes under a measurement condition of a predetermined temperature (for example, 140 ° C.). A time (life) obtained by creating a graph in which the time until dielectric breakdown is plotted against the applied electric field and extrapolating from this graph to the actual electric field strength (for example, 0.2 MV / cm).
本発明者らは、先にCu配線間TDDB寿命について詳細な検討を行い、その劣化のメカニズムを解明した(特願2002−361363号)。その概要を簡単に説明すると、絶縁膜に形成した配線溝の内部にダマシン法でCu配線を形成した場合、Cu配線の表面には、化学的機械研磨後の表面プロセスによってCuO(酸化銅)が形成されたり、Cu配線を覆うキャップ絶縁膜の形成時にCuシリサイドが形成されたりする。このようなCuOあるいはCuシリサイドは、純粋なCuと比較してイオン化され易いため、配線間の電界によってドリフトされ、絶縁膜中に拡散される。また、Cu配線が形成された絶縁膜の表面は、化学的機械研磨の影響で不連続面となっており、キャップ絶縁膜との密着性が充分でない。そのため、Cu配線間の絶縁膜とキャップ絶縁膜との界面に上記Cuイオンのリークパスが形成される。このリークパスを流れるリーク電流は、その後、電流による熱ストレスも加わって加速度的に増加し、絶縁破壊を引き起こす。従って、低誘電率絶縁膜のCu配線間TDDB寿命を劣化させないためには、Cu配線間に上記のようなリークパスが形成されない構造を採用する必要がある。 The present inventors previously made a detailed study on the TDDB life between Cu wirings and elucidated the deterioration mechanism (Japanese Patent Application No. 2002-361363). Briefly, when Cu wiring is formed by damascene method inside a wiring groove formed in an insulating film, CuO (copper oxide) is formed on the surface of the Cu wiring by a surface process after chemical mechanical polishing. Cu silicide is formed during the formation of the cap insulating film covering the Cu wiring. Such CuO or Cu silicide is easily ionized as compared with pure Cu, and thus is drifted by the electric field between the wirings and diffused into the insulating film. Further, the surface of the insulating film on which the Cu wiring is formed is a discontinuous surface due to the influence of chemical mechanical polishing, and the adhesion with the cap insulating film is not sufficient. Therefore, the leakage path of the Cu ions is formed at the interface between the insulating film between the Cu wirings and the cap insulating film. The leakage current flowing through this leakage path is then accelerated by the addition of thermal stress due to the current, causing dielectric breakdown. Therefore, in order not to deteriorate the TDDB life between Cu wirings of the low dielectric constant insulating film, it is necessary to adopt a structure in which the above-described leakage path is not formed between the Cu wirings.
隣接Cu配線間に絶縁膜が堆積されない空隙(エアギャップ)を形成する構造は、Cu配線間に上記のようなリークパスが形成されないので、低誘電率絶縁膜を使用した場合においても、TDDB寿命の劣化を回避することができる。また、ポーラスLow−K膜を使用しなくとも、隣接配線間領域における絶縁膜の誘電率を実効的に低くすることができるので、上述したポーラスLow−K膜特有の問題も回避することができる。 In the structure in which a gap (air gap) in which an insulating film is not deposited between adjacent Cu wirings is formed, the leakage path as described above is not formed between Cu wirings. Therefore, even when a low dielectric constant insulating film is used, the TDDB life is reduced. Degradation can be avoided. Further, since the dielectric constant of the insulating film in the region between adjacent wirings can be effectively lowered without using the porous Low-K film, the above-mentioned problems specific to the porous Low-K film can also be avoided. .
本発明の目的は、Cu配線のスペース領域に空隙(エアギャップ)を有する構造を歩留まりよく形成することのできる技術を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a technique capable of forming a structure having a void (air gap) in a space region of a Cu wiring with a high yield.
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。 The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。 Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
本発明による半導体装置の製造方法は、以下の工程を有する。
(a)半導体基板上の第1絶縁膜に複数の第1配線溝を形成する工程、
(b)前記複数の第1配線溝のそれぞれの内部を含む前記第1絶縁膜上に銅を主成分とする第1導電膜を形成する工程、
(c)前記複数の第1配線溝の外部の前記第1導電膜を化学的機械研磨法で除去することによって、前記複数の第1配線溝のそれぞれの内部に前記第1導電膜からなる第1配線を形成する工程、
(d)前記(c)工程の後、前記第1絶縁膜を除去することによりそれぞれ前記半導体基板上に分離された前記第1配線を形成する工程、
(e)前記(d)工程の後、前記第1配線の上部および側部に、前記第1配線中に含まれる銅の拡散を抑制または防止する機能を有する第2絶縁膜を、前記第2絶縁膜によって前記第1配線のスペース領域が充填されないような膜厚で形成する工程、
(f)前記第2絶縁膜の上部に、第3絶縁膜と前記第3絶縁膜よりも上層の第4絶縁膜とを含む第1層間絶縁膜を形成する工程、
(g)前記(e)工程または前記(f)工程で、前記第1配線のスペース領域に空隙を形成する工程、
(h)前記第1配線の上部の前記第3絶縁膜と前記第4絶縁膜とを貫通するビアホールを形成する工程、
(i)前記(h)工程の前または後に、前記第4絶縁膜の上部に形成したアルミナ膜をマスクにして、前記ビアホール形成領域を含む領域の前記第4絶縁膜をエッチングすることにより、前記4絶縁膜に複数の第2配線溝を形成する工程、
(j)前記アルミナ膜を除去した後、前記複数の第2配線溝および前記ビアホールのそれぞれの内部を含む前記第4絶縁膜上に銅を主成分とする第2導電膜を形成する工程、
(k)前記複数の第2配線溝の外部の前記第2導電膜を化学的機械研磨法で除去することによって、前記複数の第2配線溝および前記ビアホールのそれぞれの内部に前記第2導電膜からなる第2配線を形成する工程。
A manufacturing method of a semiconductor device according to the present invention includes the following steps.
(A) forming a plurality of first wiring grooves in the first insulating film on the semiconductor substrate;
(B) forming a first conductive film mainly composed of copper on the first insulating film including the inside of each of the plurality of first wiring grooves;
(C) removing the first conductive film outside the plurality of first wiring grooves by a chemical mechanical polishing method, thereby forming a first conductive film formed of the first conductive film inside each of the plurality of first wiring grooves. Forming one wiring;
(D) After the step (c), forming the first wirings separated on the semiconductor substrate by removing the first insulating film,
(E) After the step (d), a second insulating film having a function of suppressing or preventing diffusion of copper contained in the first wiring is formed on the upper and side portions of the first wiring. Forming with a film thickness such that the space region of the first wiring is not filled with an insulating film;
(F) forming a first interlayer insulating film including a third insulating film and a fourth insulating film above the third insulating film on the second insulating film;
(G) forming a void in the space region of the first wiring in the step (e) or the step (f);
(H) forming a via hole penetrating the third insulating film and the fourth insulating film above the first wiring;
(I) Before or after the step (h), using the alumina film formed on the fourth insulating film as a mask, etching the fourth insulating film in a region including the via hole forming region, thereby 4 forming a plurality of second wiring grooves in the insulating film;
(J) after removing the alumina film, forming a second conductive film containing copper as a main component on the fourth insulating film including the insides of the plurality of second wiring grooves and the via holes;
(K) The second conductive film outside the plurality of second wiring grooves is removed by a chemical mechanical polishing method, so that the second conductive film is formed inside each of the plurality of second wiring grooves and the via holes. Forming a second wiring comprising:
本発明による半導体装置の製造方法は、以下の工程を有する。
(a)半導体基板上の第1絶縁膜に複数の第1配線溝を形成する工程、
(b)前記複数の第1配線溝のそれぞれの内部を含む前記第1絶縁膜上に銅を主成分とする第1導電膜を形成する工程、
(c)前記複数の第1配線溝の外部の前記第1導電膜を化学的機械研磨法で除去することによって、前記複数の第1配線溝のそれぞれの内部に前記第1導電膜からなる第1配線を形成する工程、
(d)前記(a)工程と前記(b)との間、または前記(c)工程の後、前記第1配線と後の工程で形成される第2配線とを接続するビアホールの下部領域およびその周辺領域の前記第1絶縁膜にエネルギービームを照射することによって、前記エネルギービームが照射された領域の前記第1絶縁膜を変質させる工程、
(e)前記(d)工程の後、前記エネルギービームが照射された領域以外の領域の前記第1絶縁膜を除去し、前記変質させた第1絶縁膜を残す工程、
(f)前記(e)工程の後、前記第1配線の上部および側部に、前記第1配線中に含まれる銅の拡散を抑制または防止する機能を有する第2絶縁膜を、前記第2絶縁膜によって前記第1配線のスペース領域が充填されないような膜厚で形成する工程、
(g)前記第2絶縁膜の上部に、第3絶縁膜と前記第3絶縁膜よりも上層の第4絶縁膜とを含む第1層間絶縁膜を形成する工程、
(h)前記(f)工程または前記(g)工程で、前記第1配線のスペース領域に空隙を形成する工程、
(i)前記第1配線の上部の前記第3絶縁膜と前記第4絶縁膜とを貫通する前記ビアホールを形成する工程、
(j)前記(i)工程の前または後に、前記第4絶縁膜の上部に形成したアルミナ膜をマスクにして、前記ビアホール形成領域を含む領域の前記第4絶縁膜をエッチングすることにより、前記4絶縁膜に複数の第2配線溝を形成する工程、
(k)前記アルミナ膜を除去した後、前記複数の第2配線溝および前記ビアホールのそれぞれの内部を含む前記第4絶縁膜上に銅を主成分とする第2導電膜を形成する工程、
(l)前記複数の第2配線溝の外部の前記第2導電膜を化学的機械研磨法で除去することによって、前記複数の第2配線溝および前記ビアホールのそれぞれの内部に前記第2導電膜からなる第2配線を形成する工程。
A manufacturing method of a semiconductor device according to the present invention includes the following steps.
(A) forming a plurality of first wiring grooves in the first insulating film on the semiconductor substrate;
(B) forming a first conductive film mainly composed of copper on the first insulating film including the inside of each of the plurality of first wiring grooves;
(C) removing the first conductive film outside the plurality of first wiring grooves by a chemical mechanical polishing method, thereby forming a first conductive film formed of the first conductive film inside each of the plurality of first wiring grooves. Forming one wiring;
(D) Between the step (a) and the step (b), or after the step (c), a lower region of a via hole that connects the first wiring and the second wiring formed in the subsequent step; Irradiating the first insulating film in the peripheral region with an energy beam to alter the first insulating film in the region irradiated with the energy beam;
(E) After the step (d), removing the first insulating film in a region other than the region irradiated with the energy beam, and leaving the altered first insulating film;
(F) After the step (e), a second insulating film having a function of suppressing or preventing diffusion of copper contained in the first wiring is formed on the upper and side portions of the first wiring. Forming with a film thickness such that the space region of the first wiring is not filled with an insulating film;
(G) forming a first interlayer insulating film including a third insulating film and a fourth insulating film above the third insulating film on the second insulating film;
(H) forming a void in the space region of the first wiring in the step (f) or the step (g);
(I) forming the via hole penetrating the third insulating film and the fourth insulating film above the first wiring;
(J) Before or after the step (i), using the alumina film formed on the fourth insulating film as a mask, etching the fourth insulating film in a region including the via hole forming region, thereby 4 forming a plurality of second wiring grooves in the insulating film;
(K) After removing the alumina film, forming a second conductive film mainly composed of copper on the fourth insulating film including each of the plurality of second wiring grooves and the via holes;
(L) The second conductive film outside the plurality of second wiring grooves is removed by a chemical mechanical polishing method, whereby the second conductive film is formed inside each of the plurality of second wiring grooves and the via holes. Forming a second wiring comprising:
本発明による半導体装置の製造方法は、以下の工程を有する。
(a)半導体基板上の第1絶縁膜に複数の第1配線溝を形成する工程、
(b)前記複数の第1配線溝のそれぞれの内部を含む前記第1絶縁膜上に銅を主成分とする第1導電膜を形成する工程、
(c)前記複数の第1配線溝の外部の前記第1導電膜を化学的機械研磨法で除去することによって、前記複数の第1配線溝のそれぞれの内部に前記第1導電膜からなる第1配線を形成する工程、
(d)前記(c)工程の後、前記第1絶縁膜を除去する工程、
(e)前記(d)工程の後、前記第1配線の上面および側部に、前記第1配線中に含まれる銅の拡散を抑制または防止する機能を有する第2導電膜を形成する工程、
(f)前記第1配線の上部に第3絶縁膜と前記第3絶縁膜よりも上層の第4絶縁膜とを含む第1層間絶縁膜を形成し、前記第1配線のスペース領域に空隙を形成する工程、
(g)前記第1配線の上部の前記第3絶縁膜と前記第4絶縁膜とを貫通するビアホールを形成する工程、
(h)前記(g)工程の前または後に、前記第4絶縁膜の上部に形成したアルミナ膜をマスクにして、前記ビアホール形成領域を含む領域の前記第4絶縁膜をエッチングすることにより、前記4絶縁膜に複数の第2配線溝を形成する工程、
(i)前記アルミナ膜を除去した後、前記複数の第2配線溝および前記ビアホールのそれぞれの内部を含む前記第4絶縁膜上に銅を主成分とする第2導電膜を形成する工程、
(j)前記複数の第2配線溝の外部の前記第2導電膜を化学的機械研磨法で除去することによって、前記複数の第2配線溝および前記ビアホールのそれぞれの内部に前記第2導電膜からなる第2配線を形成する工程。
A manufacturing method of a semiconductor device according to the present invention includes the following steps.
(A) forming a plurality of first wiring grooves in the first insulating film on the semiconductor substrate;
(B) forming a first conductive film mainly composed of copper on the first insulating film including the inside of each of the plurality of first wiring grooves;
(C) removing the first conductive film outside the plurality of first wiring grooves by a chemical mechanical polishing method, thereby forming a first conductive film formed of the first conductive film inside each of the plurality of first wiring grooves. Forming one wiring;
(D) a step of removing the first insulating film after the step (c);
(E) After the step (d), forming a second conductive film having a function of suppressing or preventing diffusion of copper contained in the first wiring on the upper surface and the side portion of the first wiring;
(F) forming a first interlayer insulating film including a third insulating film and a fourth insulating film above the third insulating film on the first wiring, and forming a void in a space region of the first wiring; Forming step,
(G) forming a via hole penetrating the third insulating film and the fourth insulating film above the first wiring;
(H) Before or after the step (g), using the alumina film formed on the fourth insulating film as a mask, etching the fourth insulating film in a region including the via hole forming region, thereby 4 forming a plurality of second wiring grooves in the insulating film;
(I) after removing the alumina film, forming a second conductive film containing copper as a main component on the fourth insulating film including each of the plurality of second wiring grooves and the via holes;
(J) The second conductive film outside the plurality of second wiring grooves is removed by a chemical mechanical polishing method, whereby the second conductive film is formed inside each of the plurality of second wiring grooves and the via holes. Forming a second wiring comprising:
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。 Among the inventions disclosed in the present application, effects obtained by typical ones will be briefly described as follows.
Cu配線のスペース領域に空隙(エアギャップ)を有する構造を歩留まりよく形成することができるので、LSIの高速化、低消費電力化を推進することができる。 Since a structure having a void (air gap) in the space region of the Cu wiring can be formed with a high yield, it is possible to promote an increase in speed and power consumption of the LSI.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiment, and the repetitive description thereof will be omitted.
また、以下の実施の形態においては、CVD法で堆積した酸化シリコン膜(たとえばTEOS(Tetraethoxysilane)酸化膜)の比誘電率(ε=4.1〜4.2程度)よりも低い比誘電率を有する絶縁膜を便宜上、低誘電率絶縁膜またはLow−K膜などという。 In the following embodiments, a relative dielectric constant lower than that of a silicon oxide film (for example, TEOS (Tetraethoxysilane) oxide film) deposited by the CVD method is lower than that of ε = about 4.1 to 4.2. For convenience, the insulating film having a low dielectric constant is referred to as a low dielectric constant insulating film or a Low-K film.
有機ポリマー系の低誘電率絶縁材料としては、SiLK(米国The Dow Chemical Co製、比誘電率=2.7、耐熱温度=490℃以上、絶縁破壊耐圧=4.0〜5.0MV/Vm)や、ポリアリルエーテル(PAE)系材料であるFLARE(米国Honeywell Electronic Materials製、比誘電率=2.8、耐熱温度=400℃以上)などがある。PAE系材料は、基本性能が高く、機械的強度、熱的安定性および低コスト性に優れるという特徴を有している。 As an organic polymer-based low dielectric constant insulating material, SiLK (manufactured by The Dow Chemical Co., USA, relative dielectric constant = 2.7, heat-resistant temperature = 490 ° C. or higher, dielectric breakdown voltage = 4.0-5.0 MV / Vm) And FLARE (manufactured by Honeywell Electronic Materials, USA, relative permittivity = 2.8, heat-resistant temperature = 400 ° C. or higher), which is a polyallyl ether (PAE) material. The PAE-based material is characterized by high basic performance and excellent mechanical strength, thermal stability and low cost.
有機シリカガラス系の低誘電率絶縁材料としては、HSG−R7(日立化成工業製、比誘電率=2.8、耐熱温度=650℃)、Black Diamond(米国Applied Materials,Inc製、比誘電率=3.0〜2.4、耐熱温度=450℃)や、p−MTES(日立開発製、比誘電率=3.2)などのSiOC系材料がある。SiOC系材料には、上記の他、CORAL(米国Novellus Systems,Inc製、比誘電率=2.7〜2.4、耐熱温度=500℃)や、Aurora2.7(日本エー・エス・エム製、比誘電率=2.7、耐熱温度=450℃)などがある。 As an organic silica glass-based low dielectric constant insulating material, HSG-R7 (manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd., relative dielectric constant = 2.8, heat-resistant temperature = 650 ° C.), Black Diamond (manufactured by Applied Materials, Inc., USA, relative dielectric constant) = 3.0-2.4, heat-resistant temperature = 450 ° C.) and p-MTES (manufactured by Hitachi Development Co., Ltd., relative dielectric constant = 3.2). In addition to the above, the SiOC materials include CORAL (manufactured by Novellus Systems, Inc., USA, relative permittivity = 2.7 to 2.4, heat-resistant temperature = 500 ° C.), Aurora 2.7 (manufactured by Nippon ASM Co., Ltd.) , Relative dielectric constant = 2.7, heat-resistant temperature = 450 ° C.).
その他の低誘電率絶縁材料としては、SiOF系材料、HSQ(hydrogen silsesquioxane)系材料、MSQ(methyl silsesquioxane)系材料、ポーラスHSQ系材料、ポーラスMSQ材料、ポーラス有機系材料がある。このうち、HSQ系材料には、OCD T−12(東京応化工業製、比誘電率=3.4〜2.9、耐熱温度=450℃)、FOx(米国Dow Corning Corp.製、比誘電率=2.9)や、OCL T−32(東京応化工業製、比誘電率=2.5、耐熱温度=450℃)などがある。MSQ系材料には、OCD T−9(東京応化工業製、比誘電率=2.7、耐熱温度=600℃)、LKD−T200(JSR製、比誘電率=2.7〜2.5、耐熱温度=450℃)、HOSP(米国Honeywell Electronic Materials製、比誘電率=2.5、耐熱温度=550℃)、HSG−RZ25(日立化成工業製、比誘電率=2.5、耐熱温度=650℃)、OCL T−31(東京応化工業製、比誘電率=2.3、耐熱温度=500℃)、LKD−T400(JSR製、比誘電率=2.2〜2、耐熱温度=450℃)などがある。ポーラスHSQ系材料には、XLK(米国Dow Corning Corp.製、比誘電率=2.5〜2)、OCL T−72(東京応化工業製、比誘電率=2.2〜1.9、耐熱温度=450℃)、Nanoglass(米国Honeywell Electronic Materials製、比誘電率=2.2〜1.8、耐熱温度=500℃以上)、MesoELK(米国Air Productsand Chemicals,Inc、比誘電率=2以下)がある。ポーラスMSQ系材料には、HSG−6211X(日立化成工業製、比誘電率=2.4、耐熱温度=650℃)、ALCAP−S(旭化成工業製、比誘電率=2.3〜1.8、耐熱温度=450℃)、OCL T−77(東京応化工業製、比誘電率=2.2〜1.9、耐熱温度=600℃)、HSG−6210X(日立化成工業製、比誘電率=2.1、耐熱温度=650℃)、silica aerogel(神戸製鋼所製、比誘電率1.4〜1.1)などがある。ポーラス有機系材料には、PolyELK(米国Air Productsand Chemicals,Inc、比誘電率=2以下、耐熱温度=490℃)などがある。 Other low dielectric constant insulating materials include SiOF materials, HSQ (hydrogen silsesquioxane) materials, MSQ (methyl silsesquioxane) materials, porous HSQ materials, porous MSQ materials, and porous organic materials. Among these, HSQ-based materials include OCD T-12 (manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd., relative dielectric constant = 3.4 to 2.9, heat-resistant temperature = 450 ° C.), FOx (manufactured by Dow Corning Corp., USA, relative dielectric constant). = 2.9) and OCL T-32 (manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd., relative permittivity = 2.5, heat-resistant temperature = 450 ° C.). MSQ-based materials include OCD T-9 (manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd., relative dielectric constant = 2.7, heat-resistant temperature = 600 ° C.), LKD-T200 (manufactured by JSR, relative dielectric constant = 2.7-2.5, Heat-resistant temperature = 450 ° C.), HOSP (manufactured by Honeywell Electronic Materials, USA, relative dielectric constant = 2.5, heat-resistant temperature = 550 ° C.), HSG-RZ25 (manufactured by Hitachi Chemical, relative dielectric constant = 2.5, heat-resistant temperature = 650 ° C.), OCL T-31 (manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd., relative permittivity = 2.3, heat-resistant temperature = 500 ° C.), LKD-T400 (manufactured by JSR, relative permittivity = 2.2-2, heat-resistant temperature = 450) ° C). Porous HSQ materials include XLK (manufactured by Dow Corning Corp., USA, relative permittivity = 2.5-2), OCL T-72 (manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd., relative permittivity = 2.2-1.9, heat resistance). Temperature = 450 ° C.), Nanoglass (manufactured by Honeywell Electronic Materials, USA, relative dielectric constant = 2.2 to 1.8, heat-resistant temperature = 500 ° C. or higher), MesoELK (US Air Products and Chemicals, Inc., relative dielectric constant = 2 or lower) There is. Porous MSQ materials include HSG-6221X (manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd., relative dielectric constant = 2.4, heat-resistant temperature = 650 ° C.), ALCAP-S (manufactured by Asahi Kasei Kogyo Co., Ltd., relative dielectric constant = 2.3-1.8). , Heat resistant temperature = 450 ° C.), OCL T-77 (manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd., relative dielectric constant = 2.2 to 1.9, heat resistant temperature = 600 ° C.), HSG-6210X (manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd., relative dielectric constant = 2.1, heat-resistant temperature = 650 ° C.), silica aerogel (manufactured by Kobe Steel, relative dielectric constant: 1.4 to 1.1), and the like. Examples of porous organic materials include PolyELK (US Air Products and Chemicals, Inc., dielectric constant = 2 or less, heat-resistant temperature = 490 ° C.).
上記低誘電率絶縁材料のうち、SiOC系材料およびSiOF系材料は、CVD法によって形成することができる。例えばBlack Diamondは、トリメチルシランと酸素との混合ガスを用いたCVD法などによって形成され、p−MTESは、メチルトリエトキシシランとN2Oとの混合ガスを用いたCVD法によって形成される。それ以外の絶縁材料は、塗布法によって形成される。 Of the low dielectric constant insulating materials, SiOC-based materials and SiOF-based materials can be formed by a CVD method. For example, Black Diamond is formed by a CVD method using a mixed gas of trimethylsilane and oxygen, and p-MTES is formed by a CVD method using a mixed gas of methyltriethoxysilane and N 2 O. Other insulating materials are formed by a coating method.
(実施の形態1)
本実施の形態は、多層配線を有するCMOS−LSIに適用したものであり、その製造方法を図1〜図18を用いて工程順に説明する。
(Embodiment 1)
This embodiment is applied to a CMOS-LSI having a multilayer wiring, and a manufacturing method thereof will be described in the order of steps with reference to FIGS.
まず、図1に示すように、周知の半導体製造方法を用いて単結晶シリコンからなる半導体基板(以下、単に基板という)1の主面にnチャネル型MISFET(Qn)およびpチャネル型MISFET(Qp)を形成する。図中の符号2は、基板1をエッチングして形成した溝の内部に酸化シリコン膜3を埋め込んで形成した素子分離溝である。4はp型ウエル、5はn型ウエルであり、基板1に不純物をイオン注入した後、熱処理を行って形成する。
First, as shown in FIG. 1, an n-channel MISFET (Qn) and a p-channel MISFET (Qp) are formed on the main surface of a semiconductor substrate (hereinafter simply referred to as a substrate) 1 made of single crystal silicon using a known semiconductor manufacturing method. ).
nチャネル型MISFET(Qn)は、p型ウエル4の表面に形成された酸化シリコン膜または酸窒化窒化シリコン膜などからなるゲート絶縁膜6、ゲート絶縁膜6の上部に形成された多結晶シリコン膜などからなるゲート電極7、ゲート電極7の側壁に形成された酸化シリコン膜などからなるサイドウォールスペーサ10、ゲート電極7の両側のp型ウエル4に形成された一対のn型半導体領域(ソース、ドレイン)11などによって構成される。pチャネル型MISFET(Qp)は、ゲート絶縁膜6、ゲート電極7、サイドウォールスペーサ10、ゲート電極7の両側のn型ウエル5に形成された一対のp型半導体領域(ソース、ドレイン)12などによって構成される。nチャネル型MISFET(Qn)のゲート電極7を構成する多結晶シリコン膜中にはP(リン)が導入され、pチャネル型MISFET(Qp)のゲート電極7を構成する多結晶シリコン膜中にはB(ホウ素)が導入される。また、nチャネル型MISFET(Qn)のゲート電極7とn型半導体領域(ソース、ドレイン)11のそれぞれの表面、およびpチャネル型MISFET(Qp)のゲート電極7とp型半導体領域(ソース、ドレイン)12のそれぞれの表面には、ゲート電極7およびソース、ドレインの低抵抗化を目的としたCo(コバルト)シリサイド膜13が形成される。
The n-channel type MISFET (Qn) includes a gate insulating film 6 made of a silicon oxide film or a silicon oxynitride nitride film formed on the surface of the p-type well 4, and a polycrystalline silicon film formed on the gate insulating film 6. A
次に、図2に示すように、基板1上にCVD法で窒化シリコン膜15と酸化シリコン膜16とを堆積した後、酸化シリコン膜16の表面を化学的機械研磨法で平坦化する。続いて、nチャネル型MISFET(Qn)のn型半導体領域(ソース、ドレイン)11およびpチャネル型MISFET(Qp)のp型半導体領域(ソース、ドレイン)12のそれぞれの上部の酸化シリコン膜16と窒化シリコン膜14をエッチングしてコンタクトホール17を形成した後、それぞれのコンタクトホール17の内部にプラグ18を形成する。プラグ18は、例えばTiN(窒化チタン)からなるバリア膜とW(タングステン)膜との積層膜で構成する。
Next, as shown in FIG. 2, after depositing a
次に、図3に示すように、酸化シリコン膜16の上部に3層の絶縁膜20、21、22を堆積した後、絶縁膜22の上部に配線形成領域が開口されたフォトレジスト膜24を形成する。フォトレジスト膜24の下層には、必要に応じて反射防止膜23を形成する。
Next, as shown in FIG. 3, after three layers of insulating
絶縁膜20は、プラズマCVD法で堆積した窒化シリコン膜、酸窒化シリコン(SiON)膜、炭化シリコン(SiC)膜または炭窒化シリコン(SiCN)膜で構成し、絶縁膜22は、窒化シリコン膜、炭化シリコンまたは炭窒化シリコン膜で構成する。酸窒化シリコン膜は、例えばトリメトキシシランとN2O(酸化窒素)との混合ガスを用いて堆積し、炭化シリコン膜は、例えばHe(ヘリウム)とトリメチルシランとの混合ガスを用いて堆積する。炭窒化シリコン膜は、例えばHeとアンモニアとトリメチルシランとの混合ガスを用いて堆積する。
The insulating
一方、絶縁膜21は、アンモニアプラズマ処理またはN2/H2プラズマ処理によってエッチングできる材料、例えば前述したSiLKのような有機ポリマー系低誘電率絶縁材料で構成する。次の工程で酸化シリコン膜16の上部に形成される第1層配線26の膜厚は、この絶縁膜21の膜厚によって規定される。
On the other hand, the insulating
次に、図4に示すように、フォトレジスト膜24をマスクにして反射防止膜23および絶縁膜22、21、20をドライエッチングすることにより、酸化シリコン膜16の上部に配線溝25を形成する。このとき、絶縁膜21は、アンモニアプラズマまたはN2/H2プラズマのような還元性プラズマを用いたエッチングによって除去する。
Next, as shown in FIG. 4, the
次に、フォトレジスト膜24および反射防止膜23をアッシングによって除去した後、図5に示すように、配線溝25の内部に第1層配線26を形成する。第1層配線26は、下層のプラグ18を介してnチャネル型MISFET(Qn)のソース、ドレイン(n型半導体領域11)またはpチャネル型MISFET(Qp)のソース、ドレイン(p型半導体領域12)と電気的に接続される。
Next, after removing the
第1層配線26を形成するには、まず配線溝25の内部を埋め込まない程度の薄い(50nm程度)TiN膜をスパッタリング法で堆積し、続いて配線溝25の内部を完全に埋め込む厚い(800nm〜1600nm程度)Cu膜をスパッタリング法またはメッキ法またはそれらの組合せで堆積した後、配線溝25の外部のCu膜とTiN膜とを化学的機械研磨法で除去する。TiN膜は、Cu膜が周囲の絶縁膜中に拡散するのを防止するバリア膜である。バリア膜は、TiN膜の他、WN(窒化タングステン)やTaN(窒化タンタル)のような窒化金属膜またはこれらにSiを添加した膜、あるいはTa、Ti、W、TiWのような高融点金属膜など、Cuと反応し難い各種導電膜を単独または積層構造で使用することができる。なお、後述するように、本実施の形態では、第1層配線26の表面をバリア絶縁膜(27)で覆うことによって、第1層配線26中のCuが層間絶縁膜(30)中に拡散するのを防ぐようにするので、上記したTiN膜などの導電性バリア膜は必ずしも必要ではなく、Cu膜のみで第1層配線26を構成してもよい。
In order to form the
次に、図6に示すように、アンモニアプラズマまたはN2/H2プラズマのような還元性プラズマを用いたエッチングによって絶縁膜21を除去する。絶縁膜21を還元性プラズマ処理によって除去することにより、化学的機械研磨処理の過程で第1層配線26の表面に生じたCuの酸化物(CuO、CuO2)をCuに還元し、さらに第1層配線26の表面にCuN(窒化銅)からなる薄い保護膜を形成することができる。
Next, as shown in FIG. 6, the insulating
次に、図7に示すように、第1層配線26の上部にバリア絶縁膜27を堆積する。バリア絶縁膜27は、第1層配線26中のCuが後に形成する層間絶縁膜(30)中に拡散するのを防ぐための絶縁膜であり、例えばプラズマCVD法で堆積した窒化シリコン膜、酸窒化シリコン膜、炭化シリコン膜または炭窒化シリコン膜で構成する。
Next, as shown in FIG. 7, a
バリア絶縁膜27は、膜が第1層配線26の側壁および上面に沿ってコンフォーマルに堆積されず、第1層配線26の側壁上部近傍でオーバーハングするような成膜条件で堆積する。すなわち、第1層配線26の側壁上部近傍でのバリア絶縁膜27の成膜速度が側壁下部近傍での成膜速度より大きくなるような条件で堆積する。このようにすると、複数の第1層配線26のうち、隣接する第1層配線26とのピッチ(隣接配線間ピッチ)が最小である領域では、第1層配線26のスペース領域にバリア絶縁膜27が完全に埋め込まれる前に、第1層配線26の側壁上部近傍でバリア絶縁膜27同士が接触するので、第1層配線26のスペース領域に空隙(エアギャップ)28が形成される。
The
これにより、隣接配線間ピッチが最小である領域、すなわち配線間容量が最も問題となる領域において、第1層配線26のスペース領域に介在するバリア絶縁膜27の誘電率を実効的に低くすることができるので、第1層配線26の配線間容量を低減することができる。また、バリア絶縁膜27をポーラスLow−K材料で構成しなくとも、配線間領域における絶縁膜の誘電率を実効的に低くすることができるので、ポーラスLow−K材料を使用した場合に問題となるリークレベルの上昇も避けることができる。
This effectively reduces the dielectric constant of the
さらに、上記の構造は、通常のダマシン構造のように、第1層配線26のスペース領域に絶縁膜21が残っていないのみならず、空隙28の上端が第1層配線26の上面よりも上方に位置している。これにより、第1層配線26のスペース領域にCuイオンのリークパスが形成されないので、TDDB寿命の劣化を防ぐこともできる。
Further, in the above structure, as in a normal damascene structure, not only the insulating
次に、図8に示すように、バリア絶縁膜27の上部に層間絶縁膜30とキャップ絶縁膜31とを堆積した後、キャップ絶縁膜31の表面を化学的機械研磨法で平坦化する。層間絶縁膜30は、第1層配線26と後の工程でその上部に形成する第2層配線(40)との間に形成される容量を低減するために、SiOFやSiOCなどの低誘電率絶縁膜で構成する。キャップ絶縁膜31は、CVD法で堆積した酸化シリコン膜からなり、酸化シリコン膜に比べて機械的強度が低い低誘電率絶縁膜を化学的機械研磨法で平坦化する際の保護膜として機能する。また、キャップ絶縁膜31は、後の工程でその上部の絶縁膜(32)をエッチングする際のエッチングストッパ膜としても機能する。
Next, as shown in FIG. 8, an
なお、第1層配線26のスペース領域の空隙28は、上記以外の方法で形成することもできる。すなわち、図9に示すように、第1層配線26の側壁上部近傍でバリア絶縁膜27同士が接触する前にバリア絶縁膜27の成膜を停止し、その後、バリア絶縁膜27の上部に層間絶縁膜30を堆積してもよい。この場合、隣接配線間ピッチが最小である領域においては、第1層配線26のスペース領域の開口面積が狭く、層間絶縁膜30が隙間の内部に入り込めないので、空隙28が形成される。
The
次に、図10に示すように、キャップ絶縁膜31の上部に2層の絶縁膜32、33を堆積した後、絶縁膜33の上部に、配線溝形成領域が開口されたアルミナ(Al2O3)マスク34を形成する。絶縁膜32は、例えば前述したSiLKのように、アンモニアプラズマ処理またはN2/H2プラズマ処理によってエッチングできる材料で構成する。また、絶縁膜33は、SiLKのような耐酸化性に乏しい絶縁膜32がアルミナマスク34と直接接触して劣化するのを防ぐ保護膜であり、例えば窒化シリコン膜、炭化シリコンまたは炭窒化シリコン膜のような耐酸化性の強い絶縁材料で構成する。アルミナマスク34は、絶縁膜33上にスパッタリング法でアルミナ膜を堆積した後、フォトレジスト膜をマスクにしたドライエッチングで配線溝形成領域のアルミナ膜を除去することによって形成する。
Next, as shown in FIG. 10, after depositing two layers of insulating
次に、図11に示すように、絶縁膜33の上部に反射防止膜35を形成し、反射防止膜35の上部にビアホール形成領域を開口したフォトレジスト膜36を形成する。そして、このフォトレジスト膜36をマスクにして反射防止膜23、絶縁膜33、32、キャップ絶縁膜31、層間絶縁膜30およびバリア絶縁膜27をドライエッチングすることにより、バリア絶縁膜27に達するビアホール37を形成する。このとき、絶縁膜32は、アンモニアプラズマ処理またはN2/H2プラズマ処理によってエッチングする。
Next, as shown in FIG. 11, an
次に、フォトレジスト膜36および反射防止膜35をアッシングによって除去した後、図12に示すように、アルミナマスク34をマスクにして絶縁膜33、32をドライエッチングすることにより、配線溝38を形成する。このとき、絶縁膜32は、アンモニアプラズマ処理またはN2/H2プラズマ処理によってエッチングする。下層のキャップ絶縁膜31は、絶縁膜32をエッチングする際のエッチングストッパ膜として機能する。
Next, after removing the
上記窒化シリコン膜、炭化シリコンまたは炭窒化シリコン膜からなる絶縁膜33をエッチングする際、フォトレジストやシリコン系絶縁膜からなるマスクを用いた場合は、絶縁膜33に対して高いエッチング選択比が得られない。これに対して、アルミナは、上記のような材料からなる絶縁膜33および絶縁膜32に対して高いエッチング選択比が得られるので、アルミナマスク34を使用することによって、配線溝38を高い精度で形成することができる。なお、ここではビアホール37を形成した後に配線溝38を形成するプロセスを説明したが、これとは逆に、配線溝38を形成した後にビアホール37を形成してもよい。
When etching the insulating
次に、図13に示すように、フッ酸系のエッチング液でアルミナマスク34を除去した後、キャップ絶縁膜31をマスクに用い、ビアホール37の底部のバリア絶縁膜27をドライエッチングすることによって、第1層配線26の表面を露出させる。このとき、絶縁膜32の上部の絶縁膜33も同時に除去される。
Next, as shown in FIG. 13, after removing the
次に、図14に示すように、配線溝38の内部に第2層配線40を形成する。第2層配線40は、前記配線溝25の内部に第1層配線26を形成したときと同様の方法で形成する。すなわち、配線溝38の内部を埋め込まない程度の薄いTiN膜(バリア膜)をスパッタリング法で堆積し、続いて配線溝38の内部を完全に埋め込む厚いCu膜をスパッタリング法またはメッキ法で堆積した後、配線溝38の外部のCu膜とTiN膜とを化学的機械研磨法で除去する。第2層配線40は、ビアホール37を通じて第1層配線26と電気的に接続される。
Next, as shown in FIG. 14, the
次に、図15に示すように、アンモニアプラズマまたはN2/H2プラズマのような還元性プラズマを用いたエッチングによって絶縁膜32を除去する。絶縁膜32を還元性プラズマ処理によって除去することにより、化学的機械研磨処理の過程で第2層配線40の表面に生じたCuの酸化物(CuO、CuO2)をCuに還元し、さらに第2層配線40の表面にCuN(窒化銅)からなる薄い保護膜を形成することができる。
Next, as shown in FIG. 15, the insulating
次に、図16に示すように、第2層配線40の上部にバリア絶縁膜41を堆積する。バリア絶縁膜41は、第2層配線40中のCuが後に形成する層間絶縁膜(43)中に拡散するのを防ぐための絶縁膜である。バリア絶縁膜41は、第1層配線26を覆うバリア絶縁膜27と同様、例えばプラズマCVD法で堆積した窒化シリコン膜、酸窒化シリコン膜、炭化シリコン膜または炭窒化シリコン膜で構成する。また、バリア絶縁膜41を下層のバリア絶縁膜27と同様の成膜条件、すなわち膜が第2層配線40の側壁および上面に沿ってコンフォーマルに堆積されず、第2層配線40の側壁上部近傍でオーバーハングするような成膜条件で堆積することにより、複数の第2層配線40のうち、隣接する第2層配線40とのピッチ(隣接配線間ピッチ)が最小である領域において、第2層配線40のスペース領域に空隙(エアギャップ)42が形成される。
Next, as shown in FIG. 16, a
これにより、隣接配線間ピッチが最小である領域、すなわち配線間容量が最も問題となる領域において、第2層配線40のスペース領域に介在するバリア絶縁膜41の誘電率を実効的に低くすることができるので、第2層配線40の配線間容量を低減することができる。また、第2層配線40のスペース領域にCuイオンのリークパスが形成されないので、TDDB寿命の劣化を防ぐこともできる。
This effectively reduces the dielectric constant of the
次に、図17に示すように、バリア絶縁膜41の上部に層間絶縁膜43とキャップ絶縁膜44とを堆積し、続いてキャップ絶縁膜44の上部に第3層配線45を形成した後、第3層配線45の上部にバリア絶縁膜46を堆積する。層間絶縁膜43は、下層の層間絶縁膜30と同様、配線間容量を低減するために、SiOFやSiOCなどの低誘電率絶縁膜で構成し、キャップ絶縁膜44は、下層のキャップ絶縁膜31と同様、CVD法で堆積した酸化シリコン膜で構成する。第3層配線45は、第2層配線40と同じくTiN膜(バリア膜)とCu膜とで構成し、第2層配線40と同じ方法で形成する。第3層配線45は、ビアホール47を通じて第2層配線40と電気的に接続される。
Next, as shown in FIG. 17, an
バリア絶縁膜46は、第3層配線45中のCuが後に形成する層間絶縁膜(50)中に拡散するのを防ぐための絶縁膜であり、下層のバリア絶縁膜27、41と同様、プラズマCVD法で堆積した窒化シリコン膜、酸窒化シリコン膜、炭化シリコン膜または炭窒化シリコン膜で構成する。また、バリア絶縁膜46を下層のバリア絶縁膜27、41と同様の成膜条件で堆積することにより、複数の第3層配線45のうち、隣接する第3層配線45とのピッチ(隣接配線間ピッチ)が最小である領域において、第3層配線45のスペース領域に空隙(エアギャップ)48が形成される。
The
これにより、第1層配線26および第2層配線40と同様、隣接配線間ピッチが最小である領域、すなわち配線間容量が最も問題となる領域において、第3層配線45のスペース領域に介在するバリア絶縁膜41の誘電率を実効的に低くすることができるので、第3層配線45の配線間容量を低減することができる。また、第3層配線45のスペース領域にCuイオンのリークパスが形成されないので、TDDB寿命の劣化を防ぐこともできる。
As a result, like the
次に、図18に示すように、バリア絶縁膜46の上部に層間絶縁膜50とキャップ絶縁膜51とを堆積し、続いて層間絶縁膜50の内部に第4層配線52を形成した後、第4層配線52の上部にバリア絶縁膜53を堆積する。層間絶縁膜50は、下層の層間絶縁膜30、43と同様、配線間容量を低減するために、SiOFやSiOCなどの低誘電率絶縁膜で構成し、キャップ絶縁膜44は、下層のキャップ絶縁膜31、44と同様、CVD法で堆積した酸化シリコン膜で構成する。
Next, as shown in FIG. 18, an
第4層配線52は、第1〜第3層配線26、40、45と同じくTiN膜(バリア膜)とCu膜とで構成するが、隣接する他の第4層配線(図示せず)とは、配線間容量が殆ど問題にならない程度に離れているものとする。また、第4層配線52よりも上層の配線(図示せず)も同様とする。この場合、第4層配線52およびそれよりも上層の配線は、隣接配線同士のスペース領域に空隙を形成せず、周知のデュアルダマシン法を用いて形成する。これにより、配線層全体の機械的強度を低下させることなく、第1〜第3層配線26、40、45の配線間容量の低減とTDDB寿命の劣化防止を実現することができる。
The
なお、以上述べた本実施の形態1において、絶縁膜20、31、44、51を用いないプロセスおよび構造も可能である。
In the first embodiment described above, a process and structure that does not use the insulating
なお、本実施の形態では、配線間容量が問題となる隣接配線間ピッチが最小である領域において、配線のスペース領域に空隙を形成する方法を説明したが、隣接配線間ピッチが比較的広い領域において、配線のスペース領域に空隙を形成したい場合や、配線のスペース領域以外の領域に空隙を形成したい場合は、図19(a)〜(d)に示すように、空隙を形成したい領域の近傍にダミー配線39を配置し、配線26とダミー配線39とのピッチ、あるいはダミー配線39同士のピッチを最小にすればよい。ダミー配線39は、配線26と同時に形成される導体パターンであるが、LSIの電気回路としては必要とされない、すなわち配線26として機能しない導体パターンである。
In this embodiment, the method of forming a gap in the space area of the wiring in the area where the pitch between adjacent wirings where the capacity between the wirings is a problem has been described. However, the area where the pitch between adjacent wirings is relatively wide. In FIG. 19A to FIG. 19D, when the air gap is to be formed in the wiring space area or the air gap is to be formed in an area other than the wiring space area, as shown in FIGS. The dummy wirings 39 may be disposed in the wirings, and the pitch between the
(実施の形態2)
前記実施の形態1で説明したプロセスでは、第2層配線40と第1層配線26とを接続するビアホール37を形成する際(図11参照)、フォトマスクの合わせずれに起因してビアホール37と第1層配線26との間で位置ずれが生じることがある。通常、このような位置ずれが生じると、第1層配線26の上方の絶縁膜をエッチングしてビアホール37を形成する際、第1層配線26のスペース領域の絶縁膜も一部が削られる。しかし、隣接配線間ピッチが狭い領域では、第1層配線26のスペース領域に空隙28が形成されているので、空隙28の下層の絶縁膜までもが削られ、極端な場合は、ビアホール37の底部の一部がゲート電極7や基板1にまで達してしまう虞れがある。このような問題は、第3層配線45と第2層配線40とを接続するビアホール47を形成する際にも生じる。
(Embodiment 2)
In the process described in the first embodiment, when the via
その対策として、本実施の形態では、次のような方法でビアホール37を形成する。また、説明は省略するが、ビアホール47も同様の方法で形成する。
As a countermeasure, in this embodiment, the via
まず、図20に示すように、nチャネル型MISFET(Qn)およびpチャネル型MISFET(Qp)の上部に形成した窒化シリコン膜15と酸化シリコン膜16とをエッチングしてコンタクトホール17を形成し、続いてコンタクトホール17の内部にプラグ18を形成した後、酸化シリコン膜16の上部に3層の絶縁膜20、21、22を堆積する。
First, as shown in FIG. 20, the
次に、図21に示すように、絶縁膜22の上部に反射防止膜23とフォトレジスト膜24とを形成した後、フォトレジスト膜24をマスクにして反射防止膜23および絶縁膜22、21、20をドライエッチングすることによって配線溝25を形成する。ここまでの工程は、前記実施の形態1の図1〜図4に示す工程と同じである。なお、図21および以下の図22〜図29では、絶縁膜20よりも下層の領域の図示を省略する。
Next, as shown in FIG. 21, after the
次に、図22に示すように、フォトレジスト膜24、反射防止膜23および絶縁膜22を除去する。図23は、この状態における絶縁膜21と配線溝25の平面形状を示している。絶縁膜21は、アンモニアプラズマ処理またはN2/H2プラズマ処理によってエッチングできる材料、例えば前述したSiLKのような有機ポリマー系低誘電率絶縁材料である。なお、絶縁膜21の上部には、絶縁膜22を残しておいてもよい。
Next, as shown in FIG. 22, the
次に、図24に示すように、後の工程で第2層配線40と第1層配線26とを接続するビアホール37が形成される領域とその周囲の絶縁膜21に電子ビーム(EB)を照射する。これにより、電子ビーム(EB)に曝された領域の絶縁膜21が変質し、アンモニアプラズマ処理またはN2/H2プラズマ処理によってエッチングされない絶縁膜21aとなる。図25は、ビアホール37の位置と電子ビーム(EB)の照射領域を平面図で示したものであり、ここに示されたビアホール37の位置は、後に形成される第1層配線26との間に位置ずれが生じない場合の位置(フォトマスクの合わせずれを0とした場合の位置)である。一方、電子ビーム(EB)の照射領域は、上記の位置ずれが0〜最大となる領域である。
Next, as shown in FIG. 24, an electron beam (EB) is applied to the region where the via
次に、図26に示すように、前記実施の形態1と同様の方法で配線溝25の内部に第1層配線26を形成する。なお、上記した電子ビーム(EB)の照射は、配線溝25の内部に第1層配線26を形成した後に行ってもよい。また、絶縁膜21をアンモニアプラズマ処理またはN2/H2プラズマ処理でエッチングされない絶縁膜21aに改質できるものであれば、電子ビーム(EB)以外のエネルギービームを使用してもよい。
Next, as shown in FIG. 26, the
次に、図27に示すように、アンモニアプラズマ処理またはN2/H2プラズマ処理によって絶縁膜21を除去すると、ビアホール37が形成される領域の周囲のみに絶縁膜21aが残る。
Next, as shown in FIG. 27, when the insulating
次に、図28に示すように、前記実施の形態1と同様の方法で第1層配線26の上部にバリア絶縁膜27を堆積すると、隣接配線間ピッチが最小である領域では、第1層配線26のスペース領域に空隙28が形成される。このとき、ビアホール37が形成される領域の周囲には絶縁膜21aが残っているので、空隙28が形成されない。従って、ビアホール37が形成される領域の周囲では、第1層配線26のスペース領域に形成される容量が他の領域に比べて大きくなるが、基板1上に形成されるビアホール37の占有面積は、第1層配線26の占有面積に比べて遙かに小さいので、第1層配線26全体の配線間容量に及ぼす影響も僅かで済む。
Next, as shown in FIG. 28, when the
その後、図29に示すように、前記実施の形態1と同様の方法で第1層配線26の上部の絶縁膜をエッチングしてビアホール37を形成する。本実施の形態によれば、このとき、フォトマスクの合わせずれに起因してビアホール37と第1層配線26との間で位置ずれが生じても、第1層配線26からずれた領域のビアホール37の下には絶縁膜21aが形成されているので、第1層配線26の下層の絶縁膜が削られる虞れはない。ここでは、第2層配線40と第1層配線26とを接続するビアホール37を形成する場合について説明したが、第3層配線45と第2層配線40とを接続するビアホール47を形成する場合にも適用できることは勿論である。
After that, as shown in FIG. 29, a via
また、上記した方法以外の位置ずれ対策として、図30に示すように、ビアホール37が形成される領域のみ、第1層配線26の幅を広くし、フォトマスクの合わせずれに起因してビアホール37と第1層配線26との間で位置ずれが生じた場合でも、ビアホール37が第1層配線26上に配置されるようにしてもよい。この方法は、電子ビーム(EB)の照射によって絶縁膜21の一部を改質する方法よりも工程が簡単になるが、隣接配線間ピッチが広くなるので、配線密度が高い領域に適用したときには、チップサイズが大きくなってしまう。
Further, as a countermeasure against misalignment other than the method described above, as shown in FIG. 30, only in the region where the via
(実施の形態3)
本実施の形態では、配線間容量をさらに低減する方法について説明する。まず、図31に示すように、nチャネル型MISFET(Qn)およびpチャネル型MISFET(Qp)の上部に形成した窒化シリコン膜15と酸化シリコン膜16とをエッチングしてコンタクトホール17を形成し、続いてコンタクトホール17の内部にプラグ18を形成した後、酸化シリコン膜16の上部に3層の絶縁膜20、21、22を堆積し、絶縁膜22の上部に反射防止膜23とフォトレジスト膜24とを形する。ここまでの工程は、前記実施の形態1の図1〜図3に示す工程と同じである。
(Embodiment 3)
In this embodiment, a method for further reducing the capacitance between wirings will be described. First, as shown in FIG. 31, the
次に、図32に示すように、フォトレジスト膜24をマスクにして反射防止膜23および絶縁膜22、21、20をドライエッチングすることによって配線溝25を形成する。このとき、本実施の形態では、絶縁膜22、21、20のエッチング条件を制御することによって、配線溝25の側壁に順テーパを設ける。すなわち、配線溝25の開口部の面積を底部の面積よりも小さくする。配線溝25の側壁に順テーパを設けるには、前記実施の形態1と同じドライエッチング条件で配線溝25を形成した後、ウェットエッチングによって配線溝25の側壁に順テーパを設けてもよい。なお、図32および以下の図33〜図36では、絶縁膜20よりも下層の領域の図示を省略する。
Next, as shown in FIG. 32, the
次に、フォトレジスト膜24および反射防止膜23を除去した後、図33に示すように、前記実施の形態1と同様の方法で配線溝25の内部に第1層配線26を形成し、続いて、図34に示すように、アンモニアプラズマ処理またはN2/H2プラズマ処理によって絶縁膜21を除去する。このようにして得られた第1層配線26の断面形状は、上端部の幅が底部の幅よりも広い逆テーパとなる。
Next, after removing the
次に、図35に示すように、第1層配線26の上面にメタルキャップ膜29を形成する。メタルキャップ膜29は、第1層配線26中のCuが後に形成する層間絶縁膜30中に拡散するのを防ぐためのバリア膜であり、例えばW(タングステン)で構成される。Wからなるメタルキャップ膜29は、六フッ化タングステン(WF6)および水素(H2)ガスを用いた選択タングステンCVD法により、第1層配線26を構成するCu膜の表面に選択的に形成することができる。メタルキャップ膜29は、Wの他、Cuの拡散を防止するバリア機能を持った他の金属または金属窒化物、例えばTi、CoWP、CoWB、Ta、TiNまたはTaNなどで構成してもよい。
Next, as shown in FIG. 35, a
次に、図36に示すように、第1層配線26の上部に層間絶縁膜30とキャップ絶縁膜31とを堆積した後、キャップ絶縁膜31の表面を化学的機械研磨法で平坦化する。すなわち、本実施の形態では、第1層配線26の上部にバリア絶縁膜27を形成することなく層間絶縁膜30を形成するが、第1層配線26の表面にメタルキャップ膜29を形成するので、バリア絶縁膜27を形成しなくとも第1層配線26中のCuが層間絶縁膜30中に拡散することはない。
Next, as shown in FIG. 36, after depositing an
また、本実施の形態では、第1層配線26の断面形状を逆テーパにする。このため、第1層配線26の上部に層間絶縁膜30を形成すると、隣接配線間ピッチが最小である領域においては、第1層配線26のスペース領域に層間絶縁膜30が完全に埋め込まれる前に、第1層配線26の側壁上部近傍で層間絶縁膜30同士が接触し、第1層配線26のスペース領域に空隙28が形成される。
In the present embodiment, the cross-sectional shape of the
前述したように、層間絶縁膜30は、SiOFやSiOCなどの低誘電率絶縁膜で構成される。従って、第1層配線26の上部および側壁を層間絶縁膜30で覆い、さらに第1層配線26のスペース領域に空隙28を形成する本実施の形態によれば、第1層配線26の配線間容量をさらに低減することができる。また、この構造によれば、通常のダマシン構造のように、第1層配線26のスペース領域にCuイオンのリークパスが形成されないので、TDDB寿命の劣化を防ぐこともできる。
As described above, the
また、上記した本実施の形態の構造を第2層配線40および第3層配線45に適用することにより、第2層配線40および第3層配線45の配線間容量もさらに低減することができる。
Further, by applying the structure of the present embodiment described above to the
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。 As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.
本発明は、ダマシンCu配線と低誘電率絶縁膜を有するLSIの高速化、低消費電力化を推進するのに有用なものである。 The present invention is useful for promoting high speed and low power consumption of an LSI having a damascene Cu wiring and a low dielectric constant insulating film.
1 半導体基板
2 素子分離溝
3 酸化シリコン膜
4 p型ウエル
5 n型ウエル
6 ゲート絶縁膜
7 ゲート電極
10 サイドウォールスペーサ
11 n型半導体領域(ソース、ドレイン)
12 p型半導体領域(ソース、ドレイン)
13 Coシリサイド膜
15 窒化シリコン膜
16 酸化シリコン膜
17 コンタクトホール
18 プラグ
20、21、21a、22 絶縁膜
23 反射防止膜
24 フォトレジスト膜
25 配線溝
26 第1層配線
27 バリア絶縁膜
28 空隙(エアギャップ)
29 メタルキャップ膜
30 層間絶縁膜
31 キャップ絶縁膜
32、33 絶縁膜
34 アルミナマスク
35 反射防止膜
36 フォトレジスト膜
37 ビアホール
38 配線溝
39 ダミー配線
40 第2層配線
41 バリア絶縁膜
42 空隙(エアギャップ)
43 層間絶縁膜
44 キャップ絶縁膜
45 第3層配線
46 バリア絶縁膜
47 ビアホール
48 空隙(エアギャップ)
50 層間絶縁膜
51 キャップ絶縁膜
52 第4層配線
53 バリア絶縁膜
EB:電子ビーム
Qn:nチャネル型MISFET
Qp:pチャネル型MISFET
DESCRIPTION OF
12 p-type semiconductor region (source, drain)
13
29
43
50
Qp: p-channel type MISFET
Claims (20)
(a)半導体基板上の第1絶縁膜に複数の第1配線溝を形成する工程、
(b)前記複数の第1配線溝のそれぞれの内部を含む前記第1絶縁膜上に銅を主成分とする第1導電膜を形成する工程、
(c)前記複数の第1配線溝の外部の前記第1導電膜を化学的機械研磨法で除去することによって、前記複数の第1配線溝のそれぞれの内部に前記第1導電膜からなる第1配線を形成する工程、
(d)前記(c)工程の後、前記第1絶縁膜を除去することによりそれぞれ前記半導体基板上に分離された前記第1配線を形成する工程、
(e)前記(d)工程の後、前記第1配線の上部および側部に、前記第1配線中に含まれる銅の拡散を抑制または防止する機能を有する第2絶縁膜を、前記第2絶縁膜によって前記第1配線のスペース領域が充填されないような膜厚で形成する工程、
(f)前記第2絶縁膜の上部に、第3絶縁膜と前記第3絶縁膜よりも上層の第4絶縁膜とを含む第1層間絶縁膜を形成する工程、
(g)前記(e)工程または前記(f)工程で、前記第1配線のスペース領域に空隙を形成する工程、
(h)前記第1配線の上部の前記第3絶縁膜と前記第4絶縁膜とを貫通するビアホールを形成する工程、
(i)前記(h)工程の前または後に、前記第4絶縁膜の上部に形成したアルミナ膜をマスクにして、前記ビアホール形成領域を含む領域の前記第4絶縁膜をエッチングすることにより、前記4絶縁膜に複数の第2配線溝を形成する工程、
(j)前記アルミナ膜を除去した後、前記複数の第2配線溝および前記ビアホールのそれぞれの内部を含む前記第4絶縁膜上に銅を主成分とする第2導電膜を形成する工程、
(k)前記複数の第2配線溝の外部の前記第2導電膜を化学的機械研磨法で除去することによって、前記複数の第2配線溝および前記ビアホールのそれぞれの内部に前記第2導電膜からなる第2配線を形成する工程。 Manufacturing method of semiconductor device having the following steps:
(A) forming a plurality of first wiring grooves in the first insulating film on the semiconductor substrate;
(B) forming a first conductive film mainly composed of copper on the first insulating film including the inside of each of the plurality of first wiring grooves;
(C) removing the first conductive film outside the plurality of first wiring grooves by a chemical mechanical polishing method, thereby forming a first conductive film formed of the first conductive film inside each of the plurality of first wiring grooves. Forming one wiring;
(D) After the step (c), forming the first wirings separated on the semiconductor substrate by removing the first insulating film,
(E) After the step (d), a second insulating film having a function of suppressing or preventing diffusion of copper contained in the first wiring is formed on the upper and side portions of the first wiring. Forming with a film thickness such that the space region of the first wiring is not filled with an insulating film;
(F) forming a first interlayer insulating film including a third insulating film and a fourth insulating film above the third insulating film on the second insulating film;
(G) forming a void in the space region of the first wiring in the step (e) or the step (f);
(H) forming a via hole penetrating the third insulating film and the fourth insulating film above the first wiring;
(I) Before or after the step (h), using the alumina film formed on the fourth insulating film as a mask, etching the fourth insulating film in a region including the via hole forming region, thereby 4 forming a plurality of second wiring grooves in the insulating film;
(J) after removing the alumina film, forming a second conductive film containing copper as a main component on the fourth insulating film including the insides of the plurality of second wiring grooves and the via holes;
(K) The second conductive film outside the plurality of second wiring grooves is removed by a chemical mechanical polishing method, so that the second conductive film is formed inside each of the plurality of second wiring grooves and the via holes. Forming a second wiring comprising:
(l)前記第4絶縁膜を除去する工程、
(m)前記(l)工程の後、前記第2配線中に含まれる銅の拡散を抑制または防止する機能を有する第6絶縁膜を、前記第6絶縁膜によって前記第2配線のスペース領域が充填されないような膜厚で形成する工程、
(n)前記第6絶縁膜の上部に第2層間絶縁膜を形成する工程、
(o)前記(m)工程または前記(n)工程で、前記第2配線のスペース領域に空隙を形成する工程、
をさらに含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein after the step (k),
(L) removing the fourth insulating film;
(M) After the step (l), a sixth insulating film having a function of suppressing or preventing diffusion of copper contained in the second wiring is formed so that a space region of the second wiring is formed by the sixth insulating film. A process of forming a film thickness not to be filled,
(N) forming a second interlayer insulating film on the sixth insulating film;
(O) forming a void in a space region of the second wiring in the step (m) or the step (n),
A method for manufacturing a semiconductor device, further comprising:
(a)半導体基板上の第1絶縁膜に複数の第1配線溝を形成する工程、
(b)前記複数の第1配線溝のそれぞれの内部を含む前記第1絶縁膜上に銅を主成分とする第1導電膜を形成する工程、
(c)前記複数の第1配線溝の外部の前記第1導電膜を化学的機械研磨法で除去することによって、前記複数の第1配線溝のそれぞれの内部に前記第1導電膜からなる第1配線を形成する工程、
(d)前記(a)工程と前記(b)との間、または前記(c)工程の後、前記第1配線と後の工程で形成される第2配線とを接続するビアホールの下部領域およびその周辺領域の前記第1絶縁膜にエネルギービームを照射することによって、前記エネルギービームが照射された領域の前記第1絶縁膜を変質させる工程、
(e)前記(d)工程の後、前記エネルギービームが照射された領域以外の領域の前記第1絶縁膜を除去し、前記変質させた第1絶縁膜を残す工程、
(f)前記(e)工程の後、前記第1配線の上部および側部に、前記第1配線中に含まれる銅の拡散を抑制または防止する機能を有する第2絶縁膜を、前記第2絶縁膜によって前記第1配線のスペース領域が充填されないような膜厚で形成する工程、
(g)前記第2絶縁膜の上部に、第3絶縁膜と前記第3絶縁膜よりも上層の第4絶縁膜とを含む第1層間絶縁膜を形成する工程、
(h)前記(f)工程または前記(g)工程で、前記第1配線のスペース領域に空隙を形成する工程、
(i)前記第1配線の上部の前記第3絶縁膜と前記第4絶縁膜とを貫通する前記ビアホールを形成する工程、
(j)前記(i)工程の前または後に、前記第4絶縁膜の上部に形成したアルミナ膜をマスクにして、前記ビアホール形成領域を含む領域の前記第4絶縁膜をエッチングすることにより、前記4絶縁膜に複数の第2配線溝を形成する工程、
(k)前記アルミナ膜を除去した後、前記複数の第2配線溝および前記ビアホールのそれぞれの内部を含む前記第4絶縁膜上に銅を主成分とする第2導電膜を形成する工程、
(l)前記複数の第2配線溝の外部の前記第2導電膜を化学的機械研磨法で除去することによって、前記複数の第2配線溝および前記ビアホールのそれぞれの内部に前記第2導電膜からなる第2配線を形成する工程。 Manufacturing method of semiconductor device having the following steps:
(A) forming a plurality of first wiring grooves in the first insulating film on the semiconductor substrate;
(B) forming a first conductive film mainly composed of copper on the first insulating film including the inside of each of the plurality of first wiring grooves;
(C) removing the first conductive film outside the plurality of first wiring grooves by a chemical mechanical polishing method, thereby forming a first conductive film formed of the first conductive film inside each of the plurality of first wiring grooves. Forming one wiring;
(D) Between the step (a) and the step (b), or after the step (c), a lower region of a via hole that connects the first wiring and the second wiring formed in the subsequent step; Irradiating the first insulating film in the peripheral region with an energy beam to alter the first insulating film in the region irradiated with the energy beam;
(E) After the step (d), removing the first insulating film in a region other than the region irradiated with the energy beam, and leaving the altered first insulating film;
(F) After the step (e), a second insulating film having a function of suppressing or preventing diffusion of copper contained in the first wiring is formed on the upper and side portions of the first wiring. Forming with a film thickness such that the space region of the first wiring is not filled with an insulating film;
(G) forming a first interlayer insulating film including a third insulating film and a fourth insulating film above the third insulating film on the second insulating film;
(H) forming a void in the space region of the first wiring in the step (f) or the step (g);
(I) forming the via hole penetrating the third insulating film and the fourth insulating film above the first wiring;
(J) Before or after the step (i), using the alumina film formed on the fourth insulating film as a mask, etching the fourth insulating film in a region including the via hole forming region, thereby 4 forming a plurality of second wiring grooves in the insulating film;
(K) After removing the alumina film, forming a second conductive film mainly composed of copper on the fourth insulating film including each of the plurality of second wiring grooves and the via holes;
(L) The second conductive film outside the plurality of second wiring grooves is removed by a chemical mechanical polishing method, whereby the second conductive film is formed inside each of the plurality of second wiring grooves and the via holes. Forming a second wiring comprising:
(a)半導体基板上の第1絶縁膜に複数の第1配線溝を形成する工程、
(b)前記複数の第1配線溝のそれぞれの内部を含む前記第1絶縁膜上に銅を主成分とする第1導電膜を形成する工程、
(c)前記複数の第1配線溝の外部の前記第1導電膜を化学的機械研磨法で除去することによって、前記複数の第1配線溝のそれぞれの内部に前記第1導電膜からなる第1配線を形成する工程、
(d)前記(c)工程の後、前記第1絶縁膜を除去する工程、
(e)前記(d)工程の後、前記第1配線の上面および側部に、前記第1配線中に含まれる銅の拡散を抑制または防止する機能を有する第2導電膜を形成する工程、
(f)前記第1配線の上部に第3絶縁膜と前記第3絶縁膜よりも上層の第4絶縁膜とを含む第1層間絶縁膜を形成し、前記第1配線のスペース領域に空隙を形成する工程、
(g)前記第1配線の上部の前記第3絶縁膜と前記第4絶縁膜とを貫通するビアホールを形成する工程、
(h)前記(g)工程の前または後に、前記第4絶縁膜の上部に形成したアルミナ膜をマスクにして、前記ビアホール形成領域を含む領域の前記第4絶縁膜をエッチングすることにより、前記4絶縁膜に複数の第2配線溝を形成する工程、
(i)前記アルミナ膜を除去した後、前記複数の第2配線溝および前記ビアホールのそれぞれの内部を含む前記第4絶縁膜上に銅を主成分とする第2導電膜を形成する工程、
(j)前記複数の第2配線溝の外部の前記第2導電膜を化学的機械研磨法で除去することによって、前記複数の第2配線溝および前記ビアホールのそれぞれの内部に前記第2導電膜からなる第2配線を形成する工程。 Manufacturing method of semiconductor device having the following steps:
(A) forming a plurality of first wiring grooves in the first insulating film on the semiconductor substrate;
(B) forming a first conductive film mainly composed of copper on the first insulating film including the inside of each of the plurality of first wiring grooves;
(C) removing the first conductive film outside the plurality of first wiring grooves by a chemical mechanical polishing method, thereby forming a first conductive film formed of the first conductive film inside each of the plurality of first wiring grooves. Forming one wiring;
(D) a step of removing the first insulating film after the step (c);
(E) After the step (d), forming a second conductive film having a function of suppressing or preventing diffusion of copper contained in the first wiring on the upper surface and the side portion of the first wiring;
(F) forming a first interlayer insulating film including a third insulating film and a fourth insulating film above the third insulating film on the first wiring, and forming a void in a space region of the first wiring; Forming step,
(G) forming a via hole penetrating the third insulating film and the fourth insulating film above the first wiring;
(H) Before or after the step (g), using the alumina film formed on the fourth insulating film as a mask, etching the fourth insulating film in a region including the via hole forming region, thereby 4 forming a plurality of second wiring grooves in the insulating film;
(I) after removing the alumina film, forming a second conductive film containing copper as a main component on the fourth insulating film including each of the plurality of second wiring grooves and the via holes;
(J) The second conductive film outside the plurality of second wiring grooves is removed by a chemical mechanical polishing method, whereby the second conductive film is formed inside each of the plurality of second wiring grooves and the via holes. Forming a second wiring comprising:
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